一种高耐久可回读的无线射频井下多层测试管柱
阅读说明：本技术 一种高耐久可回读的无线射频井下多层测试管柱 (High-durability and readable-back wireless radio frequency downhole multilayer test pipe column ) 是由 程晓刚 徐健 刘刚 程绍鹏 徐月强 王树申 李德东 李光 姜楠 于 2021-01-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及井下多层测试技术领域,特别涉及是一种高耐久可回读的无线射频井下多层测试管柱。该管柱包括：封隔器、智能开关阀、射频标签、射频标签收集器、回读仪；封隔器和智能开关阀连接组成压力测试单元,压力测试单元的数量与油藏内的地层数量相匹配；智能开关阀包括供电总成、测控动力总成、开关阀阀口；测控动力总成包括控制单元、无线通信单元、电机驱动单元、增力单元、传动单元、磁性开关和温压测量单元；本发明提供的高耐久可回读的无线射频井下多层测试管柱能够提高作业效率,降低作业安全风险；大幅延长电池组的使用寿命,提高了测试管柱的可靠性与耐久性；并且能够实时掌握井下状态,确保生产安全和效率。(The invention relates to the technical field of underground multilayer testing, in particular to a high-durability read-back wireless radio frequency underground multilayer testing pipe column. This tubular column includes: the device comprises a packer, an intelligent switch valve, a radio frequency tag collector and a readback instrument; the packer and the intelligent switch valve are connected to form a pressure testing unit, and the number of the pressure testing units is matched with the number of the stratums in the oil reservoir; the intelligent switch valve comprises a power supply assembly, a measurement and control power assembly and a switch valve port; the measurement and control power assembly comprises a control unit, a wireless communication unit, a motor driving unit, a boosting unit, a transmission unit, a magnetic switch and a temperature and pressure measuring unit; the high-durability read-back wireless radio frequency downhole multilayer test pipe column provided by the invention can improve the operation efficiency and reduce the operation safety risk; the service life of the battery pack is greatly prolonged, and the reliability and durability of the test pipe column are improved; and the underground state can be mastered in real time, and the production safety and efficiency are ensured.)
技术领域
本发明涉及井下多层测试技术领域，特别涉及是一种高耐久可回读的无线射频井下多层测试管柱。
背景技术
目前地层测试采用提放式或压控式测试器实现多次开关井，一趟管柱只能测试单层。若需同一口井多层流动测试求产，必须多次起下管柱进行逐层单卡测试求产，存在施工周期长、成本高、效率低等问题。因此需要对井下进行分层测试、分层控制。目前所采用的井下分层测试技术主要包括有缆地面直读技术与井下存储式测试技术两类。有缆地面直读技术存在安全风险大、测试时间短、测试数据不准确等问题，因此井下存储式测试技术是现有应用最为广泛的分层测试技术方法。
井下存储式测试技术通过在井下投放测试带有多级封隔器的测试管柱达到分层控制的目的，目前井下储存式测试管柱所采用的智能开关大多为定时触发，即根据投放所需时间对智能开关的打开动作时间进行设定，并根据工作时间对关闭动作的时间进行设定，从而完成在井下的开关动作。采用这种方式难以保证管柱的领过动作，当井下情况发生变化时，无法及时获得井下的参数变化，也无法对管柱进行调整；只能将测试管柱打捞后对其内部数据进行读取分析。采用无线射频的方法能够解决管柱在井下无法灵活调控的问题。通过投放射频标签能够实时对地层的各智能开关进行控制，且不同地层的智能开关具有不同的地址代码保证了不会发生信号误传。然而现有基于无线射频识别通信技术的分压分测工艺管柱由于智能开关始终保持可通讯的状态，对供电单元的能量消耗大，待机时间短，同时井下存储的数据只能在打捞后才可以进行读取，无法实时获得井下的参数变化，一旦井下发生异常，需多次投放、打捞才能对井下的异常状况进行排查。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明提供了一种高耐久可回读的无线射频井下多层测试管柱，以克服现有技术中基于无线射频识别通信技术的分压分测工艺管柱供电单元的能量消耗大，待机时间短，无法实时获得井下的参数变化，无法实时掌握井下异常等缺陷。
（二）技术方案
为解决上述问题，本发明提供一种高耐久可回读的无线射频井下多层测试管柱，包括：
封隔器、智能开关阀、射频标签、射频标签收集器、回读仪；
所述封隔器和智能开关阀连接组成压力测试单元，所述压力测试单元的数量与油藏内的地层数量相匹配；
智能开关阀包括供电总成、测控动力总成、开关阀阀口；
所述供电总成内置高温电池组及电源管理模块，为井下电控系统供电；
测控动力总成包括控制单元、无线通信单元、电机驱动单元、增力单元、传动单元、磁性开关和温压测量单元；
射频标签，与测控动力总成中的无线通信单元通过电信号连接，射频标签在井口投放后，射频标签对各层智能开关阀的动作进行控制，所述每层智能开关阀内部单独设置一个专属地址代码，各层中的智能开关阀只接收与本层地址代码相同的指令信号；无线通信单元接收到射频标签的信号后，将指令传递至控制单元，并由控制单元带动电机驱动单元输出力矩，经增力单元提升后，再经过传动单元实现转动-平动转换，进而对开关阀阀口的开度进行调节；
无线通信单元，能够接收射频标签的指令信号，同时能够向回读仪发射包含井下测试数据的数据信号；无线通信单元所传输的信号均包含各层的地址代码；
激活器，在井口投放至井下，当激活器靠近智能开关阀时，通过与磁性开关发生磁场作用，能够将初始为断开状态的磁性开关闭合，能够将智能开关阀中各部件从待机状态中唤醒，处于工作状态；
所述射频标签收集器安装在井下多层测试管柱的底部，用于收集射频标签；
温压测量单元测量并存储管内压力、管外压力和井下温度参数；
回读仪，回读仪与电缆车通过电缆连接，能够随电缆投放到井下的任意深度；回读仪内包括射频信号接收单元，当回读仪靠近处于工作状态的智能开关阀时，回读仪与智能开关阀中的无线通信单元通过电信号连接，智能开关阀内的测量数据通过射频信号传输给回读仪，并由电缆传输至地面。
优选地，所述激活器包括下接头、磁芯、配重块和上接头，磁芯的两端安装在下接头与配重块的中心孔内，下接头与配重块通过螺纹连接；当磁芯靠近智能开关阀时，智能开关阀内的磁性开关受到外部磁场作用而闭合，将智能开关阀从待机状态中唤醒。
优选地，当智能开关阀在预设时间内未接收到射频标签的指令信号后，控制单元将磁性开关断开；
磁性开关串联在无线通信单元、电机驱动单元、增力单元、传动单元的通路上，当磁性开关断开，上述单元全部失去供电，仅温压测量单元保持持续工作，测试管柱进入低功率的待机状态。
优选地，所述回读仪包括电缆接头、无线接收单元和天线护罩，将电缆的一端连接在电缆接头内，电缆接头与无线接收单元通过螺纹连接，无线接收单元的另一端与天线护罩通过螺纹连接回读仪通常由电缆悬吊投放至井下，当回读仪靠近智能开关阀后，其内部的无线接收单元开始接收无线通信单元发送的数据信号，并由电缆接头通过电缆传输至地面进行数据分析。
不同地层的数据通过移动到不同位置进行读取，每个地层传输的数据中包含各自的地址代码。
优选地，开关阀阀口采用机械式轴向运动阀口，执行进液口的开、关切换，其一端与测控总成通过螺纹方式连接。
优选地，所述当测试结束后，将整个井下多层测试管柱打捞至地面，取出射频标签收集器中的射频标签和激活器，读取各层存储的数据进行分析，对井下环境进行评测。
（三）有益效果
本发明提供的高耐久可回读的无线射频井下多层测试管柱采用无线射频通信的方式能够提高作业效率，降低作业安全风险；智能开关阀的休眠与激活在保证正常通信的前提下，大幅延长电池组的使用寿命，提高了测试管柱的可靠性与耐久性；智能开关阀与回读仪的通信能够在不打捞测试管柱的情况下，对井下测试参数进行读取，能够实时掌握井下状态，确保生产安全和效率。
附图说明
图1是本发明实施例高耐久可回读的无线射频井下多层测试管柱整体结构示意图；
图2是本发明实施例高耐久可回读的无线射频井下多层测试管柱中智能开关阀结构示意图；
图3是本发明实施例高耐久可回读的无线射频井下多层测试管柱中激活器结构示意图；
图4是本发明实施例高耐久可回读的无线射频井下多层测试管柱中回读仪结构示意图。
图中：
1：封隔器；2：智能开关阀；3：射频标签收集器；4：开关阀阀口；5：传动单元；6：电机驱动单元；7：无线通信单元；8：磁性开关；9：控制单元；10：下接头；11：磁芯；12：配重块；13：上接头；14：电缆接头；15：无线接收单元；16：天线护罩。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。
如图1-4所示，本发明提供一种高耐久可回读的无线射频井下多层测试管柱，包括：封隔器1、智能开关阀2、放射标签、射频标签收集器3、回读仪；
所述封隔器1和智能开关阀2连接组成压力测试单元，所述压力测试单元的数量与油藏内的地层数量相匹配；
智能开关阀2包括供电总成、测控动力总成、开关阀阀口4；
所述供电总成内置高温电池组及电源管理模块，为井下电控系统供电；
测控动力总成包括控制单元9、无线通信单元7、电机驱动单元6、增力单元、传动单元5、磁性开关8和温压测量单元；
射频标签，与测控动力总成中的无线通信单元7通过电信号连接，射频标签在井口投放后，射频标签对各层智能开关阀2的动作进行控制，所述每层智能开关阀2内部单独设置一个专属地址代码，各层中的智能开关阀2只接收与本层地址代码相同的指令信号；无线通信单元7接收到射频标签的信号后，将指令传递至控制单元9，并由控制单元9带动电机驱动单元6输出力矩，经增力单元提升后，再经过传动单元实现转动-平动转换，进而对开关阀阀口的开度进行调节；
无线通信单元7，能够接收射频标签的指令信号，同时能够向回读仪发射包含井下测试数据的数据信号；无线通信单元7所传输的信号均包含各层的地址代码；
激活器，在井口投放至井下，当激活器靠近智能开关阀时，通过与磁性开关发生磁场作用，能够将初始为断开状态的磁性开关闭合，能够将智能开关阀中各部件从待机状态中唤醒，处于工作状态；
所述射频标签收集器安装在井下多层测试管柱的底部，用于收集射频标签；
温压测量单元测量并存储管内压力、管外压力和井下温度参数；
回读仪，回读仪与电缆车通过电缆连接，能够随电缆投放到井下的任意深度；回读仪内包括射频信号接收单元，当回读仪靠近处于工作状态的智能开关阀时，回读仪与智能开关阀中的无线通信单元通过电信号连接，智能开关阀内的测量数据通过射频信号传输给回读仪，并由电缆传输至地面。
其中，所述激活器包括下接头、磁芯、配重块和上接头，磁芯的两端安装在下接头与配重块的中心孔内，下接头与配重块通过螺纹连接；当磁芯靠近智能开关阀时，智能开关阀内的磁性开关受到外部磁场作用而闭合，将智能开关阀从待机状态中唤醒。
其中，当智能开关阀在预设时间内未接收到射频标签的指令信号后，控制单元将磁性开关断开；
磁性开关8串联在无线通信单元7、电机驱动单元6、增力单元、传动单元5的通路上，当磁性开关8断开，上述单元全部失去供电，仅温压测量单元保持持续工作，测试管柱进入低功率的待机状态。
所述回读仪包括电缆接头14、无线接收单元15和天线护罩16，将电缆的一端连接在电缆接头14内，电缆接头14与无线接收单元15通过螺纹连接，无线接收单元15的另一端与天线护罩16通过螺纹连接回读仪通常由电缆悬吊投放至井下，当回读仪靠近智能开关阀后，其内部的无线接收单元开始接收无线通信单元发送的数据信号，并由电缆接头通过电缆传输至地面进行数据分析。
不同地层的数据通过移动到不同位置进行读取，每个地层传输的数据中包含各自的地址代码。
其中，开关阀阀口4采用机械式轴向运动阀口，执行进液口的开、关切换，其一端与测控总成通过螺纹方式连接。
当测试结束后，将整个井下多层测试管柱打捞至地面，取出射频标签收集器中的射频标签和激活器，读取各层存储的数据进行分析，对井下环境进行评测。
下面具体描述一下该高耐久可回读的无线射频井下多层测试管柱的具体结构：
包括：封隔器1，智能开关阀2与射频标签收集器3组成井下多层测试管柱；
所述封隔器1与智能开关阀2连接组成压力测试单元，根据油藏内的地层数量，连接等于地层个数的压力测试单元，并将射频标签收集器3安装在井下多层测试管柱的底部；
激活器由下接头10、磁芯11、配重块12、上接头13组成，磁芯11两端安装在下接头10与配重块12的中心孔内，上接头13与配重块12通过螺纹连接。装配完成后将激活器从井口投入，上接头13、下接头10能够保护磁芯11在投放过程中不会破坏，配重块12能够保证激活器顺利下降到指定深度。当磁芯11靠近智能开关阀3时，智能开关阀3内的磁性开关8受到外部磁场作用而闭合，将智能开关阀3从待机状态中唤醒；
智能开关阀3包括开关阀阀口4；传动单元5；电机驱动单元6；无线通信单元7；磁性开关8；控制单元9。
在投放完成时，磁性开关8处于断开状态，传动单元5、电机驱动单元6和无线通信单元7均处于断电状态，无法完成各自功能。激活器内的磁芯11能够将智能开关阀3内的磁性开关8闭合，使传动单元5、电机驱动单元6和无线通信单元7恢复功能；
随后由井口投放射频标签对各智能开关阀的动作进行控制，无线通信单元7接收到射频标签的信号后，将指令传递至控制单元9，并由控制单元9带动电机驱动单元6与传动单元5，对开关阀阀口4的开度进行调节。调节完成后，若一段时间内没有进一步的动作，磁性开关8会再次断开，使智能开关阀3进入待机状态；
所述回读仪由电缆接头14、无线接收单元15、天线护罩16组成，将电缆的一端连接在电缆接头14内，电缆接头14与无线接收单元15通过螺纹连接，无线接收单元15的另一端与天线护罩16通过螺纹连接。在回读仪投放前，需要先投放一只激活器使智能开关阀3处于启动状态。回读仪通常由电缆悬吊投放至井下，当回读仪靠近智能开关阀3后，其内部的无线接收单元15开始接收无线通信单元7发送的数据信号，并由电缆接头14通过电缆传输至地面进行数据分析。不同地层的数据通过移动到不同位置进行读取，每个地层传输的数据中包含各自的地址代码，因此数据不会发生误读。
当测试结束后，将整个井下多层测试管柱打捞至地面，取出射频标签收集器中的射频标签和激活器，读取各层存储的数据进行分析，对井下环境进行评测。
本发明实施例提供的高耐久可回读的无线射频井下多层测试管柱，采用多级的封隔器与智能开关阀结构保证了管柱在不同地层数量的井下环境中均能够有效发挥作用，当井下情况稳定，不需要对智能开关阀进行调整时，智能开关阀会自动进入待机（低功率）状态，仅维持井下温压测量单元持续工作。需要进一步调整智能开关阀状态时，需要从井口投入激活器，再次激活智能开关阀内的无线通信单元，使其能够顺利接收射频标签的指令；此外，由井口向投放回读仪还能够在无需起出管柱的情况下实现井下存储参数的读取，将有缆直读测试方法与井下存储式测试方法的优势结合，进一步提升了井下多层测试管柱的可靠性与使用寿命，提高了井下压力、温度等数据采集及时率，为及时判断测试制度提供有效指导。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。